多光譜相機(jī)應(yīng)用的范圍介紹

大多數(shù)相機(jī)都能捕捉到人眼可見的可見光圖像，但也有個(gè)大家為熟悉的例外：紅外（IR）熱相機(jī)。它能捕捉紅外光譜，這是種人眼看不到的不可見輻射能，我們只能感受到它的存在，比如在火爐旁邊感受到真真暖流，在燒烤爐旁吃著噴香的烤肉。

根據(jù)熱力學(xué)原理，任何物體都會(huì)因?yàn)樽陨淼姆肿诱駝?dòng)而向外輻射紅外線，當(dāng)分子振動(dòng)為零時(shí)，就叫做**零度。所以任何非**零度的物體都會(huì)由于內(nèi)部分子的振動(dòng)而發(fā)出熱輻射，物體越熱，發(fā)出的輻射量就會(huì)越大。這樣就使得人類和其他溫血生物都能夠在紅外相機(jī)的圖像中，從較冷的背景中脫穎而出。

長波紅外（LWIR）相機(jī)是常用的紅外相機(jī)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，長波紅外相機(jī)的體積和重量都在不斷下降，性價(jià)比不斷攀升。這是長波紅外相機(jī)*的時(shí)代，其應(yīng)用域從利用無人機(jī)保護(hù)瀕危野生動(dòng)物，到探測(cè)癌癥和許多其他疾病的診斷系統(tǒng)。來自市場(chǎng)調(diào)查的數(shù)據(jù)可以看出，到2023年，紅外相機(jī)的應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到68.2億美元。

無須制冷的方便

紅外熱像儀工作在三個(gè)波段：中波紅外波段（MWIR）、長波紅外波段（LWIR）和長波紅外波段（VLIR）。

VLIR波段的應(yīng)用范圍為有限。它主要用于光譜學(xué)應(yīng)用（種通過物體反射的光來識(shí)別物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)）和天文學(xué)中的大功率望遠(yuǎn)鏡。

MWIR波段適合用于檢測(cè)高溫物體——這也就是為什么大多數(shù)MWIR相機(jī)必須冷卻到大約-196℃，這也導(dǎo)致它們的體積相對(duì)較大，價(jià)格相對(duì)昂貴。

相比之下，LWIR相機(jī)適合在接近室溫的環(huán)境下工作，并且不需要冷卻，體積小巧，價(jià)格便宜。大多數(shù)LWIR相機(jī)均基于微測(cè)輻射熱計(jì)，這是種靈敏的電探測(cè)器，它能將紅外輻射轉(zhuǎn)換成溫度，以產(chǎn)生黑白或彩色圖像。大多數(shù)LWIR相機(jī)用于增強(qiáng)視覺信息或是**測(cè)量溫度。

更完整的畫面

由于LWIR相機(jī)測(cè)量的是熱量而不是光，所以它們?cè)絹碓蕉嗟乇粦?yīng)用到，那些傳統(tǒng)可見光成像無法顯示足夠信息的應(yīng)用中。比如在夜間為自動(dòng)駕駛的車輛導(dǎo)航，或是在高功率變壓器和電氣面板發(fā)生故障前，提前發(fā)現(xiàn)它們存在的隱患。

 LWIR相機(jī)的項(xiàng)*應(yīng)用是更有效地安裝和監(jiān)測(cè)屋太陽能電池板，這個(gè)應(yīng)用也清晰地展示了LWIR技術(shù)的多功能性。

用戶可以使用部蘋果或安卓設(shè)備，控制配備LWIR相機(jī)的小型無人機(jī)。當(dāng)它飛過太陽能電池板安裝現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，無人機(jī)捕獲熱圖像，通過這個(gè)熱圖像可以產(chǎn)生高度**的三維結(jié)構(gòu)模型。

 從安裝的角度來看，這些模型能確保面板放置到*位置；從維護(hù)的角度來看，它們能準(zhǔn)確地檢測(cè)出面板的損壞或故障。該系統(tǒng)能夠?qū)惭b太陽能電池板的時(shí)間，從幾天減少到幾分鐘，而且不需要安裝人員冒著潛在危險(xiǎn)爬上屋。簡(jiǎn)直是懶人的福音！

保護(hù)野生動(dòng)物
野生動(dòng)物保護(hù)的成本很高。每年，偷獵野生動(dòng)物的生意規(guī)模都高達(dá)80~100億美元。這數(shù)字與人口、非法規(guī)模相近。據(jù)世界野生動(dòng)物基金會(huì)報(bào)道，瀕危野生動(dòng)物的偷獵正在加速，例如犀牛的偷獵自2006年以來增加了50倍。

安裝在無人機(jī)上的LWIR相機(jī)有助于改變野生動(dòng)物的保護(hù)狀況。世界各地的政府和非政府組織都在使用裝有LWIR 相機(jī)的無人機(jī)，讓偷獵者遠(yuǎn)離瀕危野生動(dòng)物，包括婆羅洲島的猩猩、南非的犀牛和肯尼亞的大象。

通過發(fā)射高頻聲波，無人機(jī)可以將野生動(dòng)物趕出它們可能被射殺的區(qū)域。而無人機(jī)攜帶的長波紅外相機(jī)，能夠在人眼無法顧及的角度和視野識(shí)別到野生動(dòng)物。在肯尼亞保護(hù)區(qū)近的個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目中，無人機(jī)巡邏使大象和犀牛偷獵事件減少了96%。目前，肯尼亞政府正計(jì)劃在其52個(gè)國家公園和保護(hù)區(qū)部署無人機(jī)。

要求**溫度的應(yīng)用
對(duì)于某些應(yīng)用來說，LWIR熱成像相機(jī)僅提供相對(duì)溫度信息（個(gè)物體與其他物體溫暖比較）是不夠的，還需要測(cè)量**溫度。即圖像中的每個(gè)像素都要有個(gè)**的溫度值。LWIR輻射測(cè)量相機(jī)可以為諸如食品加工和高科技制造等應(yīng)用，提供這種**的溫度測(cè)量。

為了**地將物體的紅外輻射（以瓦/每平方米來測(cè)量）轉(zhuǎn)換為溫度，輻射測(cè)量相機(jī)必須考慮如下些因素：物體有多遠(yuǎn)？物體的熱學(xué)屬性是什么？周圍環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度是多少？這些計(jì)算需要比LWIR熱成像相機(jī)更復(fù)雜的算法，并且必須要處理它們產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，以生成圖像。

醫(yī)學(xué)前沿
LWIR輻射測(cè)量相機(jī)已被證明在醫(yī)學(xué)域中特別有用。

人體體溫變化與疾病之間的關(guān)聯(lián)歷史，幾乎與醫(yī)學(xué)本身樣古老。輻射測(cè)量成像可用于診斷和研究疾病，其中較高的皮膚溫度能反映出組織中的些異?；蜓装Y，如癌癥、關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)炎和纖維肌痛等。

隨著 LWIR輻射測(cè)量相機(jī)的體積越來越小巧、價(jià)格越來越便宜，它們將有望成為醫(yī)院和醫(yī)療診所中實(shí)現(xiàn)X射線成像和聲成像的普遍工具。

紅外線聯(lián)盟：無限潛力
隨著成本和尺寸不斷縮減，LWIR相機(jī)將在更多種類的應(yīng)用中大顯身手。

在板球比賽中，已經(jīng)使用LWIR相機(jī)來檢查現(xiàn)場(chǎng)裁判員做出的有爭(zhēng)議的判罰，如果球已經(jīng)與球員的球拍接觸，LWIR 相機(jī)能顯示出其產(chǎn)生的熱量。在機(jī)場(chǎng)，LWIR技術(shù)通過識(shí)別乘客是否發(fā)燒，來幫助防止致命性疾病的傳播。LWIR相機(jī)還被安裝在衛(wèi)星和飛機(jī)上，幫考古學(xué)家識(shí)別隱藏在土壤表面之下的人為特征。